一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法
【專利摘要】發(fā)明名稱：一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法本發(fā)明以有序介孔二氧化硅材料（SBA-15）為模板，利用浸漬法合成氧化鎳納米材料，經(jīng)除模板及離心分離技術(shù)，得到高度分散的、粒徑均勻的介孔氧化鎳納米材料，可用于對丙酮等可燃性氣體的檢測。該氧化鎳納米材料具有高分散性、粒徑均勻性以及高比表面積等特點(diǎn)，對丙酮?dú)怏w具有較高的靈敏度、較短的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。介孔氧化鎳氣體敏感納米材料所表現(xiàn)出的良好氣敏性能可使其在對丙酮?dú)怏w的監(jiān)測、報(bào)警方面得到廣泛的應(yīng)用。
【專利說明】
一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種有序介孔氧化鎳(MO)氣體敏感納米材料的制備方法，可應(yīng)用于對丙酮等可燃性氣體的監(jiān)測和報(bào)警。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，半導(dǎo)體金屬氧化物氣敏傳感器在氣體監(jiān)測、保險(xiǎn)警報(bào)等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其中，N1是一種直接帶隙寬禁帶P型半導(dǎo)體納米材料，室溫下的禁帶寬度為3.6eV-4.0eV之間，氣敏傳導(dǎo)機(jī)制為表面控制型。由于N1特有的電子結(jié)構(gòu)以及天然呈現(xiàn)P型導(dǎo)電等特點(diǎn)，使得它具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，尤其是在透明導(dǎo)電、氣敏、紫外探測、電致變色等領(lǐng)域顯示出其廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]納米材料的氣敏性能取決于其形狀、平均尺寸和微觀結(jié)構(gòu)。到目前為止，大量研究集中在制備具有高氣敏性能的納米結(jié)構(gòu)，其中包括一維納米線、納米棒、納米管，二維納米片和三維納米花。2013年，Liyang Lin 等[L.Y.Lin, T.M.Liu, B.Miao , ff.Zeng,Synthesis of N1 nanostructures from ID to 3D and researches of their gas-sensing properties, Mater.Res.Bull.48 (2013) 449-454.]通過水熱法制備氧化鎮(zhèn)納米線、納米棒、納米片和納米球，比較了四種納米結(jié)構(gòu)對乙醇?xì)怏w的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)，納米線結(jié)構(gòu)相對于其它三種納米結(jié)構(gòu)對乙醇?xì)怏w具有更好的靈敏度。然而，通常使用的溶膠-凝膠法，水熱法所制備的納米氣敏材料尺寸、形貌不均一，使得比表面積大大降低，從而影響材料對氣體的靈敏度以及響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。因而，如何提高對納米氣敏材料形貌的可控性，制備出具有高比表面積的氣敏材料是目前氣敏材料研究的重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明根據(jù)有序介孔材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制備有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料，可將氧化鎳納米材料應(yīng)用于監(jiān)測丙酮等可燃性氣體，對丙酮?dú)怏w具有較高的靈敏度、較短的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。
[0005]有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料在結(jié)構(gòu)上復(fù)制有序介孔材料的孔道與孔壁，保證了氧化鎳納米材料尺寸、結(jié)構(gòu)上的均一性和有序性，同時(shí)由于介孔結(jié)構(gòu)的存在，大大提高了其比表面積。
[0006]模板復(fù)制法可以很好地控制氧化鎳納米材料的微觀結(jié)構(gòu)，保證其具有穩(wěn)定、更加良好的氣敏性能。
[0007]—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體步驟如下:一、按照摩爾比為1:1?4:1的比例，將介孔二氧化硅模板材料SBA-15和Ni(N03)2.6 H2O加入到正己烷溶劑中，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆?，在常溫下攪拌至粉?二、將所得粉末放入馬弗爐中230?290 °C煅燒6?10 h，在孔道內(nèi)得到氧化物前驅(qū)體;三、待樣品冷卻，用去離子水洗去模板外表面的Ni(NO3)2.6 H2O; 0,將干燥后的樣品置入馬弗爐中500?750°C煅燒4-8 h;五、在60?80°C下用2?4 mol/L NaOH除掉二氧化硅模板;六、經(jīng)去離子水清洗至中性后，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于合成N1氣體敏感納米材料在結(jié)構(gòu)上完全復(fù)制了SBA-15的孔道和孔壁，通過除模板與離心分離技術(shù)，進(jìn)一步得到更為分散的具有均一、有序的納米結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0009]圖1是【具體實(shí)施方式】I中制備的有序介孔N1氣體敏感納米材料的XRD圖；圖2是【具體實(shí)施方式】I中制備的有序介孔MO氣體敏感納米材料的犯物理吸附-脫附等溫線；圖3是【具體實(shí)施方式】I中制備的有序介孔N1氣體敏感納米材料的S-t圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]【具體實(shí)施方式】1:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒6 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板外表面的Ni(NO3)2-6 H2O,干燥后再將其放入馬弗爐中550°C煅燒6 h。冷卻后，在70°C下用2mol/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0011]【具體實(shí)施方式】2:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 4:1將I g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290 0C煅燒6 h ο待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板外表面的Ni (NO3)2.6 H2O，干燥后再將其放入馬弗爐中650°C煅燒6 h。冷卻后，在70°C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0012]【具體實(shí)施方式】3:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 3:1將3 g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒8h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的N1，干燥后再將其放入馬弗爐中750 0C煅燒8h。冷卻后，在80 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0013]【具體實(shí)施方式】4:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2-6 H2O= 1:1將4 g SBA-15和4.84 g Ni(NO3)2.6 H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的N1，干燥后再將其放入馬弗爐中750 °C煅燒8h。冷卻后，在80 0C下用4mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0014]【具體實(shí)施方式】5:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中260°C煅燒8 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中650 0C煅燒8h。冷卻后，在80 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0015]【具體實(shí)施方式】6:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將2g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中230°C煅燒6 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中500 0C煅燒6h。冷卻后，在70 °C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0016]【具體實(shí)施方式】7:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 3:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中260°C煅燒8 h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中550 0C煅燒8h。冷卻后，在60 °C下用3mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0017]【具體實(shí)施方式】8:—種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O=1:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中550 0C煅燒8h。冷卻后，在70 °C下用2mo 1/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0018]【具體實(shí)施方式】9:一種有序介孔氧化鎳氣體敏感納米材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的:以摩爾比S12: Ni(NO3)2.6 H2O= 2:1將3g SBA_^4.84 g Ni(NO3)2.6H2O放入聚四氟乙烯杯中，加酒精攪拌至干燥，再加入正己烷攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中290°C煅燒10h。待樣品冷卻，用去離子水洗滌兩次洗去模板表面的MO，干燥后再將其放入馬弗爐中750 °C煅燒4h。冷卻后，在60°C下用4mol/L的NaOH洗滌兩次除掉模板，并用去離子水離心洗滌至中性，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。
[0019]圖1是【具體實(shí)施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料的XRD圖，從圖中可以看出N1的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰，用標(biāo)記。
[0020]圖2是【具體實(shí)施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料的犯物理吸附-脫附等溫線。從圖中可知有序介孔N1氣體敏感納米材料的比表面積可達(dá)92.6m2/g，比一般納米顆粒材料大。[0021 ]圖3是【具體實(shí)施方式】一制備得到的有序介孔N1氣體敏感納米材料在340 °C工作溫度下對10ppm丙酮的S-t圖，從圖中可以看出有序介孔N1氣體敏感納米材料在340 °C工作溫度下對10ppm丙酮的靈敏度為4.3，響應(yīng)時(shí)間為38.9s，恢復(fù)時(shí)間為33.1s。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有序介孔氧化鎳(N1)氣體敏感納米材料的制備方法，其特征在于其制備方法采用浸漬法結(jié)合硬模板技術(shù)，經(jīng)除模板與離心分離技術(shù)制得;具體步驟如下:一、按照摩爾比為1:1?4:1的比例，將介孔二氧化硅模板材料SBA-15和Ni(NO3)2.6 H2O加入到正己烷溶劑中，充分?jǐn)嚢柚粱旌暇鶆?，在常溫下攪拌至粉?二、將所得粉末放入馬弗爐中230?290 °C煅燒6?10 h，在孔道內(nèi)得到氧化物前驅(qū)體;三、待樣品冷卻，用去離子水洗去模板外表面的Ni(NO3)2.6 H2O;四、將干燥后的樣品置入馬弗爐中500?750°C煅燒4-8 h;五、在60?80°C下用2?4 mol/L NaOH除掉二氧化硅模板;六、經(jīng)去離子水清洗至中性后，采用離心分離技術(shù)去除上層渾濁液，干燥得到有序介孔N1氣體敏感納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種有序介孔氧化鎳(N1)氣體敏感納米材料的制備方法，其特征在于N1氣體敏感納米材料具有介孔結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出較大的比表面積，對于丙酮?dú)怏w具有高靈敏度和快速的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。
【文檔編號】C01G53/04GK106006764SQ201610313779
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】王新慶, 李曉青, 李丹萍, 徐靖才, 金頂峰, 彭曉領(lǐng), 洪波, 金紅曉, 葛洪良
【申請人】徐靖才